摘要：隨著新能源產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的蓬勃發(fā)展，以及國家對新能源產(chǎn)業(yè)支持力度的不斷加大，本文結(jié)合風(fēng)電變槳系統(tǒng)在國內(nèi)的運(yùn)用趨勢，提出了Lenze系統(tǒng)在風(fēng)電變槳系統(tǒng)的解決方案，重點(diǎn)分析了Lenze產(chǎn)品在風(fēng)電行業(yè)的運(yùn)用優(yōu)勢，并對未來變槳系統(tǒng)的發(fā)展趨勢作出了展望。

關(guān)鍵字： 變槳系統(tǒng)，CAN總線，Lenze風(fēng)電專用型驅(qū)動器，安全鏈，充電機(jī)，后備電源

1 前言

在全球常規(guī)能源逐步走向枯竭、環(huán)保呼聲日漸高漲的背景下，開發(fā)利用清潔能源和可再生能源已成為全球能源界的共識。隨著節(jié)能等理念的推廣以及中國政府政策的引導(dǎo)，新能源在中國本土的需求將會逐漸加大，未來市場潛力不可小覷。

全球風(fēng)電變槳系統(tǒng)市場主要品牌有：MOOG、SSB Wind System、ATECH、Mita‐Teknik、AMSC Windtec、Parker hannifin、Windurance LLC、Bosch Rexroth 和AVN Energy 等，從目前全球各國的風(fēng)電發(fā)展趨勢來看，中國和美國已成為未來推動全球風(fēng)電發(fā)展的主要推動力。然而以上品牌的變槳系統(tǒng)一般情況下均為客戶提供整體的解決方案。許多客戶，尤其是國內(nèi)的風(fēng)電客戶基本上不可能從這些供應(yīng)商的系統(tǒng)里得到核心的技術(shù)，無法積累經(jīng)驗(yàn)以進(jìn)一步進(jìn)行研發(fā)和改造。基于這種原因，Lenze專門為那些期望擁有自有核心技術(shù)的風(fēng)電客戶，通過為其提供核心元器件來幫助他們實(shí)現(xiàn)開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)變槳系統(tǒng)的愿望。

2 風(fēng)力發(fā)電的原理

圖1 風(fēng)力發(fā)電控制原理圖

從上圖中可以看出，風(fēng)力發(fā)電就是通過傳感器獲得當(dāng)前的風(fēng)速和風(fēng)向，然后主控系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部控制算法調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的方向以及槳葉的槳距，從而讓風(fēng)機(jī)盡可能地保持可滿足發(fā)電功率的轉(zhuǎn)速，再通過發(fā)電系統(tǒng)及變壓器將風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能并網(wǎng)到電網(wǎng)。

在整個(gè)發(fā)電過程中，變槳系統(tǒng)又是整個(gè)系統(tǒng)的重中之重，其槳距控制的快速性、準(zhǔn)確性將直接影響到風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率。所謂變槳系統(tǒng)，是指在工作風(fēng)速范圍內(nèi)，依據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)槳距角，以控制吸收機(jī)械能。這樣一方面保證能夠獲取最大的機(jī)械能，同時(shí)減少風(fēng)力對風(fēng)機(jī)的沖擊，從而將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電能。變槳系統(tǒng)主要包含輪轂、楔形盤、變槳軸承、變槳電機(jī)、變槳控制柜、后備電源柜、各種開關(guān)及撞塊等。

在整個(gè)變槳過程中，變槳驅(qū)動器除了要實(shí)時(shí)接收主控的角度及速度指令并快速準(zhǔn)確地完成變槳距外，還需要對變槳系統(tǒng)進(jìn)行安全鏈處理及部分邏輯控制，從而滿足高/低電壓穿越，后備電源切換等功能。

3 Lenze產(chǎn)品簡介

Lenze可為偏航系統(tǒng)、助爬系統(tǒng)、機(jī)艙冷卻系統(tǒng)及變槳系統(tǒng)提供相應(yīng)的解決方案。針對風(fēng)電行業(yè)，Lenze產(chǎn)品的主要特點(diǎn)如下：

（1）8400風(fēng)電專用型驅(qū)動器：

●     Lenze風(fēng)電專用型(WindMotion)伺服驅(qū)動器，具備極寬的溫度適應(yīng)范圍和抗振特性。該驅(qū)動器具有2xIn-3s的電流輸出特性，在減小體積、降低成本的同時(shí)還可充分發(fā)揮伺服電機(jī)的過載能力。

●     具備超寬的直流母線電壓輸入范圍，電壓可低至140VDC，可非?？煽康貪M足低電壓穿越的技術(shù)要求。

●     采用專用的大型散熱器用于伺服驅(qū)動器的散熱，無須風(fēng)扇，以提高系統(tǒng)可靠性。

●     風(fēng)電專用型伺服驅(qū)動器具備開環(huán)電機(jī)控制功能，即使在電機(jī)反饋元件損壞的情況下也可以控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)緊急順槳。

●     風(fēng)電專用型伺服驅(qū)動器內(nèi)置功能塊編程能力，可完成過去需要變槳專用PLC才能完成的變槳控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活修改變槳程序邏輯，伺服驅(qū)動器內(nèi)置CANOpen 標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，并且在用戶需要時(shí)可以任意增加適配其他通訊協(xié)議的接口模塊（例如EtherCAT）。伺服驅(qū)動器將直接與主控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并完成全部的運(yùn)動控制和邏輯控制，省去變槳控制器，節(jié)省成本。

●     風(fēng)電專用型伺服驅(qū)動器具備第二路反饋接口，可以連接SSI冗余編碼器，獲得槳葉的絕對位置，并可以將此位置值通過CAN通訊返回主控PLC。

●     風(fēng)電專用型伺服驅(qū)動器可以在攝氏零下30度直接啟動。

（2）Lenze電機(jī)特點(diǎn)：

●     功率范圍廣泛/ 結(jié)構(gòu)緊湊；

●     高效率、高過載能力、采用加強(qiáng)型軸承；

●     完美的定子封裝使電機(jī)能承受極端的振動條件，具有防腐涂層，動態(tài)響應(yīng)高、轉(zhuǎn)動慣量低；

●     AC電機(jī)可用于87Hz，轉(zhuǎn)速可達(dá)2500RPM，且在2500rpm轉(zhuǎn)速條件下，電機(jī)扭矩仍然不跌落。

4 Lenze風(fēng)電變槳系統(tǒng)方案

Lenze風(fēng)電變槳系統(tǒng)方案

在此方案中，Lenze提供變槳驅(qū)動器、變槳電機(jī)、擴(kuò)展IO等核心元器件，客戶可以根據(jù)自己的變槳工藝需求靈活選擇相關(guān)的其它元器件，以滿足自己的核心變槳需求。

5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

●     Lenze可提供包含電機(jī)和驅(qū)動器的整體化解決方案，電機(jī)效能發(fā)揮得更好，故障率更低。

●     Lenze只提供最具備技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)品，客戶可根據(jù)Lenze提供的方案選擇市面上性價(jià)比最高的其它配套產(chǎn)品，客戶自主程度更高，更改靈活性更佳，方案擴(kuò)展性更好。

●     變槳系統(tǒng)無需再單獨(dú)配置變槳PLC，驅(qū)動器本身就能完成核心的變槳運(yùn)動控制功能、安全鏈控制邏輯、客戶自定義控制邏輯及一些簡單的算法，且編程環(huán)境完全開放，客戶可在Lenze開放的編程平臺上完全自主地研發(fā)自己的變槳程序。

●     如IO點(diǎn)不夠，Lenze變槳驅(qū)動器可提供第二路CAN接口，且可通過這路CAN接口擴(kuò)展IO點(diǎn)。

6 發(fā)展趨勢

一直以來，風(fēng)電的核心技術(shù)都掌握在外資巨頭手里，國內(nèi)企業(yè)很難掌握其核心技術(shù)，近幾年來，國家的政策支持對象也逐步由過去的注重發(fā)電轉(zhuǎn)向了注重扶持國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造。所以，現(xiàn)在及未來的一些年內(nèi)，完成對風(fēng)電核心技術(shù)的消化吸收以及進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備的自主化將是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。同時(shí)，隨著風(fēng)電行業(yè)進(jìn)入成熟期，成本要求也越來越苛刻。

Lenze專為那些擁有自有核心技術(shù)的風(fēng)電客戶，通過為其提供核心元器件來幫助他們實(shí)現(xiàn)開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)變槳系統(tǒng)的愿望，為國內(nèi)風(fēng)電廠家實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)成本的降低，自主化以及對核心技術(shù)的掌握提供了巨大便利。